Innowacje NSK w zakresie łożysk stosowanych w przemyśle wydobywczym

Aby zapewnić możliwość dostępu dla celów konserwacyjnych, bębny, krążniki i koła pasowe napinające w przenośnikach stosowanych w górnictwie i kamieniołomach tradycyjnie wyposażone są w łożyska otwarte. Jednak ich krótka żywotność często ogranicza czas bezawaryjnej pracy.  

Powszechny problem branżowy

W Australii górnictwo jest filarem krajowej gospodarki, dlatego przestoje i kosztowne naprawy stanowią zagrożenie dla rentowności całego sektora. Podobnie jak w wielu innych regionach świata, firmy wydobywcze w Australii zmagają się z wysokimi kosztami konserwacji i długich przestojów przenośników spowodowanych przez uszkodzenia łożysk elementów napinających. Są one zazwyczaj narażone na działanie twardych cząstek (zanieczyszczeń, pyłu) i wody, które wnikają do uszczelnień oprawy i przedostają się do otwartych łożysk.

Oprócz poprawy wydajności uszczelnienia, każde nowo przedstawione rozwiązanie musi spełniać istotne wymagania użytkowników, z których jednym jest szybki montaż. Zgodnie ze standardem branżowym każde łożysko baryłkowe można szybko i łatwo wsunąć na tuleję stożkową.

W przeciwieństwie do tego łożyska montowane na zwykłej powierzchni walcowej wymagają ogrzewania i chłodzenia w celu zapewnienia odpowiedniego pasowania skurczowego, co nie tylko zajmuje czas, ale wymaga także specjalnego wyposażenia.

Szybszym i wygodniejszym rozwiązaniem są łożyska z otworami stożkowymi i odpowiednie stożkowe tuleje wciągane. Tuleja wciągana ma walcowy otwór do nasuwania na koniec wałka rolki przenośnika taśmowego, natomiast zewnętrzna średnica tulei posiada zwężenie (stożek) dopasowane do średnicy otworu łożyska. Na końcu tulei wciąganej znajduje się gwint dla nakrętki służącej do dociskania łożyska do stożka.

Aby określić, jakiego nacisku na powierzchnię stożkową wymaga łożysko baryłkowe, specjaliści ds. konserwacji używają szczelinomierza do sprawdzenia luzu wewnętrznego łożyska. Ta strategia zapewnia, że nie zostanie przyłożona za duża siła, która mogłaby wepchnąć łożysko zbyt wysoko na tuleję stożkową, powodując niepożądane zmniejszenie luzu wewnętrznego.

Początek zmian

Przewidywana żywotność łożysk baryłkowych otwartych przeznaczonych do przenośników stosowanych w kopalniach oraz kamieniołomach jest stosunkowo krótka i zwykle wynosi zaledwie kilka miesięcy. Choć w praktyce jest to właściwie sytuacja niedopuszczalna, to z powodu braku lepszego rozwiązania ma ona miejsce od wielu lat.

Pierwsza oznaka przełomu pojawiła się w latach 2012-2013, kiedy oddział NSK Australia wraz z dystrybutorem rozpoczęli ścisłą współpracę z głównymi krajowymi firmami wydobywczymi pod kątem organizacji kilku testów w różnych problematycznych lokalizacjach kół pasowych przenośników, w przypadku których średni czas między awariami (MTBF) wynosił zaledwie 6 miesięcy.

Firma NSK postanowiła opracować specjalny rodzaj uszczelnionego łożyska baryłkowego, które mogłoby zapewnić skuteczne wydłużenie okresu eksploatacji, dzięki wysoce efektywnej konstrukcji uszczelnienia i zastosowaniu wyjątkowego materiału łożyskowego o długiej żywotności. Jednocześnie jednym z głównych wyzwań pozostało zapewnienie ostatecznego pomiaru luzu promieniowego - wcześniej dostęp niezbędny do użycia szczelinomierzy był możliwy tylko dzięki zastosowaniu łożysk otwartych. Wykorzystanie standardowego łożyska uszczelnionego mogłoby zapobiec tej krytycznej sytuacji.

Niektórzy producenci łożysk rozwiązali ten problem, oferując standardowe uszczelnione łożyska baryłkowe (z otworem stożkowym) wraz z zestawem tabel konwersji. Tabele te zapewniają korelację między odległością uzyskaną za pomocą osiowego docisku, ciśnieniem pompy olejowej do nakrętki hydraulicznej i stopniem zmniejszania się luzu wewnętrznego. Jest to jednak obliczenie teoretyczne, które nie daje 100% pewności, co prowadzi do pewnego odsetka błędów montażu.

Zupełnie nowa koncepcja

Aby ulepszyć to podejście, firma NSK przedstawiła nowatorskie w skali globalnej rozwiązanie: odłączalną uszczelkę. Koncepcja ta opiera się na uszczelce zamontowanej na pierścieniu/uchwycie, który jest w pełni demontowalny (za pomocą śrub), zapewniając w ten sposób dostęp konieczny do przeprowadzenia pomiarów luzu wewnętrznego za pomocą szczelinomierza (a także możliwość zastosowania przez użytkownika wybranego smaru podczas rozruchu i ponownego nasmarowania w razie potrzeby). Konstrukcja NSK nie wymaga urządzeń do pasowania skurczowego i nadal wykorzystuje stożkowe tuleje wciągane oraz nakrętki zabezpieczające zgodne ze standardem ISO, oferując w ten sposób pełną zamienność z istniejącymi rozwiązaniami.

Co ważne, pomimo uzupełnienia konstrukcji o odłączaną uszczelkę, nie dochodzi do zwiększenia określonego przez ISO wymiaru szerokości granicznej, co pozwala na zastosowanie standardowych opraw łożyskowych. Firma NSK osiągnęła ten efekt, wdrażając własny, niezależnie certyfikowany materiał łożyskowy Hi-TF/Super-TF (ang. Hi-Tough Steel - wytrzymała stal / ang. Super-Tough Steel - superwytrzymała stal), który pozwala złagodzić ograniczenia konstrukcyjne uszczelnienia.

Materiał ten poprawia obciążalność nawet o 10% (w zależności od rozmiaru) w porównaniu do standardowych łożysk otwartych, dzięki czemu konstrukcja pozostaje w tej samej przestrzeni wymiarowej.  W ten sposób firmy górnicze mogą szybko i łatwo zastąpić swoje dotąd używane łożyska otwarte produktami NSK, bez konieczności montażu nowej oprawy.

Warto podkreślić, że materiały łożyskowe Hi-TF i Super-TF zapewniają dwukrotnie dłuższą żywotność w porównaniu ze standardowym materiałem łożyskowym w przypadku pracy z czystym smarem i do 10 x dłuższy okres eksploatacji w przypadku smaru zanieczyszczonego.

Firma NSK oferuje również sprawdzoną technologię wytrzymałych uszczelek z nitrylu (HNBR - kauczuk akrylonitrylo-butadienowy uwodniony), mogących pracować w temperaturze do 100°C, która zapewnia o 30% skuteczniejsze uszczelnienie niż standardowe rozwiązania przemysłowe, dzięki zastosowaniu konstrukcji wargowej ze zintegrowaną sprężyną. Projekt ten zapewnia ochronę przed zanieczyszczeniami oraz oferuje długą żywotność.

Okres eksploatacji wydłużony nawet do 10 lat

Niektóre z próbnych łożysk baryłkowych zamontowanych w przenośnikach górniczych przez NSK Australia w latach 2012-2013 pozostają nadal w eksploatacji i działają bezproblemowo. Jednak NSK po dwóch latach usunęła jeden zestaw (chociaż pracował bez zarzutu) i wysłała go do centrum badawczo-rozwojowego w Japonii w celu przeprowadzenia analizy zmęczeniowej za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Badanie określiło pozostałą żywotność na 8 lat. Tak więc doliczając już osiągnięty czas pracy, firma NSK ustaliła, że możliwy jest 10-letni okres eksploatacji, który znacznie przekracza wszystkie wcześniej zaobserwowane rezultaty w zastosowaniach przenośników użytkowanych w przemyśle wydobywczym i kamieniołomach.

Od tego czasu NSK Australia dostarczyła odbiorcom z całego krajowego sektora wydobywczego ok. 1600 łożysk baryłkowych o długiej żywotności, wyposażonych w odłączalne uszczelki. Pełna gama standardowych rozmiarów średnic otworów w zakresie od 120 do 480 mm jest teraz dostępna powszechnie, w tym w Europie. Niektóre instalacje miały już miejsce np. w krajach skandynawskich.

Zdjęcie 1)  Wytrzymałe łożyska baryłkowe NSK z demontowalną uszczelką (SSRB) zapewniają operatorom systemów przenośników dłuższy czas pracy bez przestojów i wyższą niezawodność. 

Zdjęcie 4)  Wyższa obciążalność dynamiczna materiału łożyskowego Hi-TF/Super-TF NSK łagodzi ograniczenia konstrukcji uszczelnienia, utrzymując łożysko w określonym przez normę ISO wymiarze szerokości granicznej.